DE102021106646A1 - Sound level control for ventilation and air conditioning devices - Google Patents

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Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Regelung des Schallpegels eines raumlufttechnischen Geräts (1) sowie einen Schallpegelregler für raumlufttechnische Geräte (1), die den Schallpegel des vom raumlufttechnischen Gerät (1) abgestrahlten Betriebsschalls in Abhängigkeit der menschlichen Aktivität regeln. Diese Regelung des Schallpegels erfolgt durch Leistungsregelung des raumlufttechnischen Geräts (1) in Abhängigkeit des detektierten Sprachschallpegels (3). Das Schallpegelregelungsverfahren und der Schallpegelregler eignen sich insbesondere für raumlufttechnische Geräte (1), die in Räumen mit stark veränderlicher anthropogener Geräuschkulisse eingesetzt werden, zum Beispiel in Schulklassenräumen, Konferenzräumen, Wartezimmern, Großraumbüros oder Filialräumen von Banken und Versicherungen ebenso wie in Gaststätten und Restaurants.The invention relates to a method for controlling the sound level of a ventilation and air-conditioning device (1) and a sound-level controller for ventilation and air-conditioning devices (1), which regulate the sound level of the operating noise emitted by the ventilation and air-conditioning device (1) as a function of human activity. This control of the sound level is carried out by power control of the air conditioning device (1) depending on the detected speech sound level (3). The sound level control method and the sound level controller are particularly suitable for ventilation and air conditioning devices (1) that are used in rooms with a strongly variable anthropogenic background noise, for example in school classrooms, conference rooms, waiting rooms, open-plan offices or branch rooms of banks and insurance companies as well as in pubs and restaurants.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Regelung des von raumlufttechnischen Geräten ausgehenden Betriebsschalls sowie einen Schallpegelregler für raumlufttechnische Geräte. Das Schallpegelregelungsverfahren und der Schallpegelregler eignen sich insbesondere für raumlufttechnische Geräte, die in Räumen mit stark veränderlicher anthropogener Geräuschkulisse eingesetzt werden, zum Beispiel in Schulklassenräumen, Konferenzräumen, Wartezimmern, Großraumbüros oder Filialräumen von Banken und Versicherungen ebenso wie in Gaststätten und Restaurants.The invention relates to a method for controlling the operating noise emitted by ventilation and air-conditioning devices and a sound level controller for ventilation and air-conditioning devices. The sound level control method and the sound level controller are particularly suitable for ventilation and air conditioning devices that are used in rooms with a strongly variable anthropogenic background noise, for example in school classrooms, conference rooms, waiting rooms, open-plan offices or branch rooms of banks and insurance companies as well as in pubs and restaurants.

In Abhängigkeit der jeweils ausgeübten Tätigkeit reagieren Menschen sehr unterschiedlich auf die Geräuschkulisse ihrer Umgebung. Nimmt der Hintergrundschall überhand, werden die Geräusche als unerwünschter Lärm empfunden. Konzentrierte geistige Arbeit erfordert zum Beispiel regelmäßig einen niedrigeren Geräusch- bzw. Hintergrundschallpegel als körperlich betonte Aktivität.Depending on the activity they are performing, people react very differently to the background noise in their environment. If the background noise gets the upper hand, the noises are perceived as unwanted noise. Concentrated mental work, for example, regularly requires a lower level of noise or background noise than physical activity.

Auch die Hintergrundschallemission von raumlufttechnischen Geräten wird je nach Situation als störend oder als akzeptabel empfunden. Problematisch ist dies insbesondere in Räumen mit stark veränderlicher menschlicher Aktivität, d. h., in Räumen, in denen sich Phasen konzentrierter, ruhebedürftiger Arbeit und körperlicher Aktivität abwechseln. Ein Beispiel für solche Räume sind Schulklassenräume, in denen während des Unterrichts die Lärmbelästigung - auch durch raumlufttechnische Geräte - zu vermeiden ist, während in Pausenzeiten Hintergrundgeräusche untergehen dürften und vernachlässigbar sind.Depending on the situation, the background noise emissions from ventilation and air conditioning devices are also perceived as bothersome or acceptable. This is particularly problematic in rooms with highly variable human activity, i. i.e. in rooms in which phases of concentrated work requiring rest alternate with physical activity. An example of such rooms are school classrooms, in which noise pollution - also from ventilation and air conditioning devices - is to be avoided during lessons, while background noise is likely to disappear and is negligible during breaks.

Der Einsatz von raumlufttechnischen Geräten in solchen Räumen mit mehreren darin befindlichen Personen - vor allem zur zunehmend an Bedeutung gewinnenden Durchlüftung und Luftreinigung - bringt es mit sich, dass die raumlufttechnischen Geräte, wenn der von ihnen ausgehende Lärm in den ruhebedürftigen Phasen als störend empfunden wird, der Einfachheit halber abgeschaltet werden. Sobald sich der Aktivitätsgrad im Raum erhöht, wird jedoch das raumlufttechnische Gerät nicht notwendigerweise wieder in Betrieb genommen, was letztlich dazu führt, dass ein keimreduzierender Luftaustausch dann nicht mehr stattfindet: Diese Situation gilt es zu vermeiden.The use of ventilation and air conditioning devices in such rooms with several people in them - above all for ventilation and air purification, which is becoming increasingly important - means that the ventilation and air conditioning devices, if the noise they emit is perceived as disturbing during the quiet phases, be switched off for the sake of simplicity. As soon as the degree of activity in the room increases, however, the air conditioning device is not necessarily put back into operation, which ultimately means that a germ-reducing air exchange no longer takes place: This situation should be avoided.

Zielsetzung der Erfindung ist es daher, Betriebsschallemission von raumlufttechnischen Geräten in Ruhebedarfsphasen zu unterbinden oder zu reduzieren (ohne das raumlufttechnische Gerät außer Funktion zu setzen) und in Aktivitätsphasen zuzulassen; der von den raumlufttechnischen Geräten ausgehende Schallpegel soll situationsbedingt an eine gewünschte Geräuschkulisse im jeweiligen Raum angepasst werden.The aim of the invention is therefore to prevent or reduce operational noise emissions from ventilation and air-conditioning devices when they are not needed (without putting the ventilation and air-conditioning device out of operation) and to allow them to be used in active phases; the sound level emanating from the ventilation and air conditioning devices should be adapted to the desired background noise in the respective room depending on the situation.

Bei Geräten und Systemen mit Lautsprechern wird eine solche Schallpegelanpassung seit langem angewandt. Bei dieser auch als automatische Lautstärkereglung bekannten Technologie wird die Lautstärke eines Lautsprechers in Abhängigkeit der Lautstärke der Umgebungsgeräusche erhöht oder gesenkt. So wird zum Beispiel bei Autoradios die Lautstärke indirekt in Abhängigkeit der Fahrtgeschwindigkeit geregelt. Bekannt ist zudem, die Signallautstärke von Ampelanlagen mit integrierter akustischer Signalgebung direkt in Abhängigkeit der gemessenen Umgebungslautstärke zu regeln.Such a sound level adjustment has been used for devices and systems with loudspeakers for a long time. Also known as automatic volume control, this technology increases or decreases the volume of a speaker depending on the level of surrounding noise. For example, the volume of car radios is controlled indirectly depending on the driving speed. It is also known to regulate the signal volume of traffic lights with integrated acoustic signaling directly as a function of the measured ambient volume.

Solche Lautstärkeregelungen können zudem Sensoren beinhalten, die anthropogene Geräusche, wie zum Beispiel Sprache, in einer Hintergrundgeräuschkulisse erkennen. Einen solchen Sprachdetektor offenbart beispielsweise US 2019 0104360 A1 .Such volume controls can also include sensors that detect anthropogenic sounds, such as speech, in a background noise setting. Such a speech detector is disclosed, for example U.S. 2019 0104360 A1 .

Diese bekannten automatischen Lautstärkeregelungen beeinflussen allerdings lediglich die an sich beabsichtigte und in einfacher Weise steuerbare Schallemission eines Lautsprechers, nehmen dagegen jedoch keinen Einfluss auf die unvermeidliche Schallabstrahlung von in Betrieb befindlichen Maschinen, wie zum Beispiel raumlufttechnischen Geräten, die bei Betrieb permanent Schall abstrahlen.However, these known automatic volume controls only affect the intended and easily controllable sound emission of a loudspeaker, but have no effect on the unavoidable sound emission from machines in operation, such as air conditioning devices, which constantly emit sound during operation.

Eines der Probleme von Schallpegelregelkreisen ist zudem die Selbstbeeinflussung durch die zu regelnde Schallquelle. So kann es zum Beispiel durch den Rückkopplungseffekt dazu kommen, dass der Regler die gewünschte Lautstärke unnötig stark erhöht.One of the problems of sound level control circuits is the self-influence of the sound source to be controlled. For example, the feedback effect can result in the controller increasing the desired volume unnecessarily.

Vor diesem Hintergrund ist es Aufgabe der Erfindung, eine Schallpegelregelung für ein raumlufttechnisches Gerät bereitzustellen, die es ermöglicht, den Schallpegel des vom raumlufttechnischen Gerät ausgehenden Betriebsschalls in Abhängigkeit der menschlichen Aktivität im jeweiligen Raum zu regeln.Against this background, the object of the invention is to provide a sound level control for a ventilation and air conditioning device that makes it possible to regulate the sound level of the operating noise emitted by the ventilation and air conditioning device depending on human activity in the respective room.

Diese Aufgabe wird durch ein Verfahren zur Regelung des Schallpegels des von einem raumlufttechnischen Gerät emittierten Schalls mit den Merkmalen nach Anspruch 1 sowie einen Schallpegelregler für raumlufttechnische Geräte nach Anspruch 7 gelöst. Zweckmäßige Weiterbildungen der Erfindung sind in den Ansprüchen 2 bis 6 sowie 8 und 9 aufgeführt.This object is achieved by a method for controlling the sound level of the sound emitted by a ventilation and air conditioning device with the features of claim 1 and a sound level controller for ventilation and air conditioning devices according to claim 7. Expedient developments of the invention are set out in claims 2 to 6 and 8 and 9.

Nach Maßgabe der Erfindung erfolgt die Regelung des Schallpegels des von einem raumlufttechnischen Gerät in einen Raum emittierten Schalls durch die Leistungsregelung des raumlufttechnischen Geräts in Abhängigkeit des im Raum detektierten Sprachschallpegels. D. h., der Sprachschallpegel wird als Indikator für die Stärke der menschlichen Aktivität im Raum verwendet, um die Leistung des raumlufttechnischen Geräts zu steuern.According to the invention, the sound level of the sound emitted by a ventilation and air conditioning device in a room is regulated through the power control of the air conditioning device depending on the speech sound level detected in the room. That is, the speech sound level is used as an indicator of the level of human activity in the room in order to control the performance of the ventilation and air conditioning unit.

In dem Raum, der mittels des raumlufttechnischen Geräts klimatisiert und/oder belüftet wird, können sich verschiedene Schallquellen befinden, u. a. natürliche Schallquellen, zu denen auch die Personen im Raum zählen, und künstliche Schallquellen, wie zum Beispiel das raumlufttechnische Gerät. Jede der Schallquellen emittiert Schall, der durch einen individuellen Schallpegel charakterisierbar ist.There can be various sources of noise in the room that is air-conditioned and/or ventilated by means of the ventilation and air-conditioning device, e.g. natural sound sources, which also include the people in the room, and artificial sound sources, such as the air handling unit. Each of the sound sources emits sound that can be characterized by an individual sound level.

Für die vorliegende Erfindung wird zwischen dem von Personen ausgehenden Sprachschall und den übrigen Schallanteilen unterschieden. Diese übrigen Schallanteile werden als Hintergrundschall bezeichnet. Der Sprachschall wird durch einen Sprachschallpegel und der Hintergrundschall durch einen integralen Hintergrundschallpegel charakterisiert. Der integrale Hintergrundschallpegel setzt sich wiederum aus den Hintergrundschallpegeln des von den einzelnen Hintergrundschallquellen ausgehenden Hintergrundschalls zusammen, wobei eine der Hintergrundschallquellen das zu regelnde raumlufttechnische Gerät ist. Sprachschallpegel und integraler Hintergrundschallpegel bilden zusammen den im Raum messbaren Gesamtschallpegel. Unter dem Schallpegel wird für die vorliegende Offenbarung der Schalldruckpegel verstanden.For the present invention, a distinction is made between the speech sound emanating from people and the other sound components. These remaining sound components are referred to as background sound. The speech sound is characterized by a speech sound level and the background sound by an integral background sound level. The integral background sound level is in turn made up of the background sound levels of the background sound emanating from the individual background sound sources, with one of the background sound sources being the ventilation and air conditioning device to be controlled. Speech sound level and integral background sound level together form the total sound level that can be measured in the room. For the present disclosure, the sound level means the sound pressure level.

Gemäß dem erfindungsgemäßen Verfahren zur Regelung des Schallpegels wird wiederholt eine Sequenz der nachfolgend aufgeführten Schritte durchlaufen.According to the method according to the invention for controlling the sound level, a sequence of the steps listed below is repeatedly run through.

Im ersten Schritt wird der Gesamtschallpegel im Raum zeitaufgelöst mittels eines akustischen Sensors über einen vorgegebenen Erfassungszeitraum aufgenommen bzw. aufgezeichnet. Der Gesamtschallpegel setzt sich aus einer Reihe zeitlich aufeinanderfolgend gemessener Gesamtschallpegeleinzelwerte zusammen. Der zur Schallpegelmessung eingesetzte akustische Sensor kann ein Mikrofon oder ein Drucksensor sein. Die zeitaufgelöste Erfassung des Gesamtschallpegels kann zum Beispiel in festgelegten Erfassungszeitintervallen, d. h. mit einer vorgegebenen Abtastrate, erfolgen.In the first step, the overall sound level in the room is recorded or recorded in a time-resolved manner using an acoustic sensor over a specified recording period. The total sound level consists of a series of individual total sound level values measured consecutively. The acoustic sensor used to measure the sound level can be a microphone or a pressure sensor. The time-resolved acquisition of the overall sound level can be done, for example, at fixed acquisition time intervals, i. H. with a predetermined sampling rate.

Im zweiten Schritt der Sequenz wird mittels einer Prozessoreinheit - ebenfalls zeitaufgelöst - der im Gesamtschallpegels enthaltene Sprachschallpegel ermittelt. Der zeitlich aufgelöste Sprachschallpegel besteht ebenfalls aus einer Reihe zeitlich aufeinanderfolgend bestimmter Sprachschallpegeleinzelwerte. Die Prozessoreinheit ist beispielsweise eine programmierbare elektronische Steuerungs- und Regelungseinheit.In the second step of the sequence, the speech sound level contained in the overall sound level is determined using a processor unit - also time-resolved. The time-resolved speech sound level also consists of a series of individual speech sound level values determined in succession over time. The processor unit is, for example, a programmable electronic control and regulation unit.

Anschließend wird im dritten Schritt ein zeitlich gemittelter Sprachschallpegelmittelwert mittels der Prozessoreinheit berechnet. Die zeitliche Mittelung erfolgt über eine vorgebbare Sprachschallpegel-Mittelungszeit.Then, in the third step, a time-averaged speech sound level average is calculated by the processor unit. The temporal averaging takes place over a predefinable speech sound level averaging time.

Im vierten Schritt wird mittels der Prozessoreinheit eine Stellgröße zur Leistungssteuerung des raumlufttechnischen Geräts auf Basis bzw. gemäß einer Funktion des Sprachschallpegelmittelwerts ermittelt.In the fourth step, the processor unit is used to determine a manipulated variable for power control of the air conditioning device on the basis or according to a function of the average speech sound level.

Im abschließenden fünften Schritt der Sequenz wird ein Leistungsstellglied des raumlufttechnischen Geräts in Abhängigkeit der Stellgröße angesteuert. Die Leistungsänderung kann sowohl stufenlos als auch in Stufen erfolgen; als Sonderfall wird über das Leistungsstellglied das raumlufttechnische Gerät nur angeschaltet (volle Nennleistung) oder ausgeschaltet (keine Leistung).In the final fifth step of the sequence, a power actuator of the ventilation and air conditioning device is controlled depending on the manipulated variable. The power can be changed steplessly or in stages; as a special case, the ventilation and air conditioning device is only switched on (full nominal output) or switched off (no output) via the output actuator.

Die beschriebene Sequenz der Schritte wird fortlaufend wiederholt, wodurch der Schallpegel des raumlufttechnischen Geräts, der im Regelfall mit der Leistung raumlufttechnischen Geräts korreliert, kontinuierlich geregelt wird.The described sequence of steps is continuously repeated, whereby the sound level of the air handling unit, which usually correlates with the performance of the air handling unit, is continuously controlled.

Viele raumlufttechnische Geräte besitzen Ventilatoren, die die primäre Schallquelle des raumlufttechnischen Geräts bilden. Das Leistungsstellglied eines solchen raumlufttechnischen Geräts ist zum Beispiel der Drehzahlregler des Ventilators und die Stellgröße die Solldrehzahl des Ventilators.Many ventilation and air conditioning devices have fans, which form the primary noise source of the ventilation and air conditioning device. The power control element of such a ventilation and air conditioning device is, for example, the speed controller of the fan and the manipulated variable is the target speed of the fan.

Durch Nutzung des Sprachschallpegels bzw. des zeitlich gemittelten Sprachschallpegelmittelwerts als Indikator der menschlichen Aktivität im Raum kann die Betriebsleistung und die mit der Leistung direkt korrelierte Schallabstrahlung des raumlufttechnischen Geräts situationsspezifisch angepasst werden. In Phasen geringer Sprachaktivität wird das raumlufttechnische Gerät - je nach Art der Ausführung des Leistungsstellglieds - mit gedrosselter Leistung betrieben oder gar abgeschaltet. Bei starker Sprachaktivität wird die Leistung (und damit unvermeidlich einhergehend die Schallabstrahlung) des raumlufttechnischen Geräts erhöht.By using the speech sound level or the time-averaged speech sound level mean value as an indicator of human activity in the room, the operating performance and the sound emission of the air conditioning device, which is directly correlated with the performance, can be adapted to the specific situation. In phases of low voice activity, the ventilation and air conditioning device - depending on the type of design of the power actuator - is operated with throttled power or even switched off. With strong speech activity, the performance (and the unavoidable accompanying sound radiation) of the ventilation and air conditioning device is increased.

Bekanntermaßen werden besonders beim Sprechen und Singen aus dem Mund und Rachenbereich stammende Aerosole in die Umgebung verteilt, wodurch auch die in den Aerosolen enthaltene Keime, Viren oder Bakterien schneller in die Raumluft gelangen. Ein besonderer Vorteil der erfindungsgemäßen Schallpegelregelung ist in diesem Zusammenhang, dass gerade bei hoher Sprachaktivität die Leistung des raumlufttechnischen Geräts erhöht und somit die anthropogene Aerosolbelastung der Raumluft durch verstärkte Abfuhr oder Reinigung der aerosolbehafteten Raumluft bzw. durch erhöhte Zufuhr von Frischluft verringert werden.As is well known, aerosols originating from the mouth and throat area are distributed into the environment, especially when speaking and singing, which means that the germs, viruses or bacteria contained in the aerosols also get into the room air more quickly. A particular advantage of the sound level control according to the invention in this context is that the performance of the air conditioning device is increased and thus the anthropogenic aerosol pollution of the room air can be reduced by increased removal or cleaning of the aerosol-laden room air or by increased supply of fresh air.

Mit dem Verfahren kann auch der Zustand des menschenleeren Raumes erkannt werden. Die Ansteuerung kann in diesem Sonderfall bedarfsgerecht ausgeführt werden, da zwar einerseits die Schallemission bei Betrieb des raumlufttechnischen Geräts nicht stört, andererseits aber ein Betrieb des raumlufttechnischen Geräts unter Umständen gar nicht nötig ist.The method can also be used to identify the state of the deserted room. In this special case, the activation can be carried out as required, since on the one hand the noise emission does not interfere with the operation of the ventilation and air conditioning device, but on the other hand operation of the ventilation and air conditioning device may not be necessary at all.

Der erfindungsgemäße Schallpegelregler basiert auf dem beschriebenen erfindungsgemäßen Verfahren. Er umfasst die Prozessoreinheit und den an die Prozessoreinheit angeschlossenen akustischen Sensor. Die Prozessoreinheit ist dazu eingerichtet, aus dem mit dem akustischen Sensor zeitaufgelöst aufgezeichneten Gesamtschallpegel den darin enthaltenen Sprachschallpegel zu ermitteln, aus diesem den zeitlich gemittelten Sprachschallpegelmittelwert zu berechnen und auf der Basis des Sprachschallpegelmittelwerts die Stellgröße zur Leistungsteuerung des raumlufttechnischen Geräts zu bestimmen. Um die Ansteuerung des raumlufttechnischen Geräts zu realisieren, wird die Prozessoreinheit in bekannter Art und Weise mit dem Leistungsstellglied des raumlufttechnischen Geräts signaltechnisch gekoppelt bzw. verbunden.The sound level controller according to the invention is based on the described method according to the invention. It includes the processor unit and the acoustic sensor connected to the processor unit. The processor unit is set up to determine the speech sound level contained therein from the total sound level recorded in a time-resolved manner with the acoustic sensor, to calculate the time-averaged speech sound level mean value from this and, on the basis of the speech sound level mean value, to determine the manipulated variable for the power control of the ventilation and air-conditioning device. In order to implement the activation of the ventilation and air conditioning device, the processor unit is coupled or connected in a known manner to the power actuator of the ventilation and air conditioning device.

Der funktionale Zusammenhang, mittels dem gemäß dem vierten Schritt des erfindungsgemäßen Verfahrens die Stellgröße auf Basis des Sprachschallpegelmittelwerts ermittelt wird, kann zum Beispiel ein proportionaler Zusammenhang sein. Die eingestellte Leistung des raumlufttechnischen Geräts korreliert demzufolge direkt mit dem Sprachschallpegel im Raum.The functional relationship, by means of which the manipulated variable is determined on the basis of the average speech sound level value according to the fourth step of the method according to the invention, can be a proportional relationship, for example. The set performance of the ventilation and air conditioning device therefore correlates directly with the speech sound level in the room.

Der funktionale Zusammenhang, zum Beispiel der proportionale Zusammenhang, kann für verschiedene Teilbereiche des Sprachschallpegelspektrums unterschiedliche gewählt werden.The functional relationship, for example the proportional relationship, can be selected differently for different sub-ranges of the speech sound level spectrum.

Alternativ oder ergänzend kann vorgesehen sein, dass zwischen Stellgröße und Sprachschallpegelmittelwert zumindest in einem (ggf. anderen) Teilbereich des Sprachschallpegelspektrums eine umgekehrte Proportionalität besteht. So ist es mitunter wünschenswert, dass bei einem bestimmten höheren Sprachschallpegelmittelwert, zum Beispiel während des Sprachvortrags eines Lehrenden, die Leistung des raumlufttechnischen Geräts gedrosselt und in einer Ruhephase erhöht wird. Eine solche Regelung ist vor allem dann zweckmäßig, wenn in den Ruhephasen die Geräuschkulisse gerade nicht als störend empfunden bzw. nicht wahrgenommen wird.Alternatively or in addition, it can be provided that there is an inverse proportionality between the manipulated variable and the mean value of the speech sound level, at least in one (possibly another) sub-area of the speech sound level spectrum. So it is sometimes desirable that at a certain higher average speech sound level, for example during the speech lecture of a teacher, the performance of the ventilation and air conditioning device is throttled and increased in a rest phase. Such a regulation is particularly useful when the background noise is not perceived as disturbing or is not perceived during the idle phases.

Der Schallpegelregler kann eingerichtet sein, sowohl die proportionale als auch die umgekehrt proportionale Regelung vorzunehmen.The sound level controller can be set up to carry out both the proportional and the inversely proportional control.

Gemäß einer ersten Ausgestaltung des Verfahrens wird die zeitaufgelöste Ermittlung des im Gesamtschallpegels enthaltenen Sprachschallpegels mittels eines mit der Prozessoreinheit ausgeführten Sprechpausenerkennungsverfahrens durchgeführt. Solch ein Verfahren der Sprechpausenerkennung, besser bekannt unter der englischsprachigen Fachbezeichnung Voice Activity Detection (VAD), kann zum Beispiel die Energiehöhe der Signale verarbeiten und mathematische Algorithmen, wie die Hilbert-Transformation oder das Wiener-Filter, einsetzen. Die Sprechpausenerkennung kann auch mittels eines (sich ständig selbstoptimierenden) neuronalen Netzes erfolgen. Zudem können Referenzsysteme bei der Sprachpausenerkennung angewandt werden.According to a first embodiment of the method, the time-resolved determination of the speech sound level contained in the total sound level is carried out using a speech pause detection method executed with the processor unit. Such a method of speech pause detection, better known as Voice Activity Detection (VAD), can, for example, process the energy level of the signals and use mathematical algorithms such as the Hilbert transform or the Wiener filter. The speech pauses can also be recognized by means of a (constantly self-optimizing) neural network. In addition, reference systems can be used in speech pause detection.

Bei Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens mit Sprechpausenerkennung kann ferner neben der zeitaufgelösten Ermittlung des im Gesamtschallpegel enthaltenen Sprachschallpegels zusätzlich der im Gesamtschallpegel enthaltene integrale Hintergrundschallpegel zeitaufgelöst ermittelt werden. Der integrale Hintergrundschallpegel ergibt sich aus dem Gesamtschallpegel abzüglich des Sprachschallpegels. Aus dem integralen Hintergrundschallpegel wird wiederum ein zeitlich gemittelter Hintergrundschallpegelmittelwert berechnet. Die Stellgröße zur Leistungssteuerung des raumlufttechnischen Geräts wird auf der gemeinsamen Basis von Sprachschallpegelmittelwert und Hintergrundschallpegelmittelwert bestimmt.When carrying out the method according to the invention with speech pause detection, in addition to the time-resolved determination of the speech sound level contained in the total sound level, the integral background sound level contained in the total sound level can also be determined in a time-resolved manner. The integral background sound level results from the total sound level minus the speech sound level. A time-averaged background sound level mean value is in turn calculated from the integral background sound level. The manipulated variable for the power control of the ventilation and air conditioning device is determined on the common basis of the average speech sound level and the average background sound level.

Hierbei kann vorgesehen sein, dass der Sprachschallpegelmittelwert für die Sprachschallpegel-Mittelungszeit und der Hintergrundschallpegelmittelwert für eine Hintergrundschallpegel-Mittelungszeit berechnet werden, wobei sich die Sprachschallpegel-Mittelungszeit und die Hintergrundschallpegel-Mittelungszeit vorzugsweise voneinander unterscheiden.It can be provided that the speech sound level mean value for the speech sound level averaging time and the background sound level mean value for a background sound level averaging time are calculated, the speech sound level averaging time and the background sound level averaging time preferably differing from one another.

Gemäß einer zweiten Ausgestaltung des Verfahrens zur Schallpegelregelung wird der im Gesamtschallpegel enthaltene Sprachschallpegel unter Berücksichtigung eines Prognose-Hintergrundschallpegels bestimmt. Zur Berechnung des Sprachschallpegels in der momentanen Sequenz des Verfahrens wird ein Prognose-Hintergrundschallpegel verwendet, der in der unmittelbar vorangehenden Sequenz auf Basis bzw. als Funktion der in der vorangehenden Sequenz ermittelten Stellgröße bestimmt wurde. Die Ermittlung des Sprachschallpegels erfolgt in der momentanen Sequenz durch Subtraktion des Prognose-Hintergrundschallpegels vom Gesamtschallpegel. Für die erste Sequenz des Verfahrens wird ein initialer Prognose-Hintergrundschallpegel vorgegeben. Vorteil dieser Verfahrensvariante mit der iterativen Prognose des Hintergrundschallpegels ist der geringere rechentechnische Aufwand, da die Rückkopplungsfunktion zur Bestimmung des Prognose-Hintergrundschallpegels empirisch für ein spezifisches raumlufttechnisches Gerät bestimmt und in der Prozessoreinheit als Datensatz hinterlegt werden kann.According to a second embodiment of the method for controlling the sound level, the speech sound level contained in the overall sound level is determined taking into account a prognosis background sound level. To calculate the speech sound level in the current sequence of the method, a prognosis background sound level is used, which was determined in the directly preceding sequence on the basis or as a function of the manipulated variable determined in the preceding sequence. The speech sound level is determined in the current sequence by subtracting the forecast background sound level from the total sound level. For the first sequence of the Ver driving, an initial prognosis background noise level is specified. The advantage of this variant of the method with the iterative forecast of the background sound level is the lower computational effort, since the feedback function for determining the forecast background sound level can be determined empirically for a specific air conditioning device and stored in the processor unit as a data set.

Der Schallpegelregler kann eingerichtet sein, die vorgenannten Verfahren gemäß der der ersten oder zweiten Ausgestaltung auszuführen.The sound level controller can be set up to carry out the aforementioned methods according to the first or second embodiment.

Die Erfindung ist nachfolgend anhand von Ausführungsbeispielen und mit Bezug auf die schematischen Zeichnungen näher erläutert; dazu zeigen

  • 1: die Schallpegelregelung für raumlufttechnische Geräte mit Sprechpausenerkennung, und
  • 2: die Schallpegelregelung für raumlufttechnische Geräte basierend auf einer iterativen Prognose des Hintergrundschallpegels.
The invention is explained in more detail below using exemplary embodiments and with reference to the schematic drawings; to show
  • 1 : the sound level control for ventilation and air conditioning devices with speech pause detection, and
  • 2 : the sound level control for air handling units based on an iterative forecast of the background sound level.

Die in den Zeichnungen enthaltenen mathematischen Symbole entsprechen den internationalen Konventionen dieser Symbolik; die Bezeichnung f() steht für eine mathematische Funktion der Variablen im Klammerausdruck.The mathematical symbols contained in the drawings correspond to the international conventions of this symbolism; the notation f() stands for a mathematical function of the variable in the bracketed expression.

In dem Raum, in dem die Schallpegelreglung des raumlufttechnischen Geräts 1 stattfinden soll, befinden sich gemäß der 1 und 2 mehrere Schallquellen 3, 4, wobei eine der Schallquellen die Sprachschallquelle 3, also zum Beispiel eine im Raum befindliche Person, und die anderen Schallquellen einzelnen Hintergrundschallquellen 41, 42 bis 4n darstellen. Die einzelne Hintergrundschallquellen 41, 42 bis 4n sind durchnummeriert, wobei die Nummer als Index i dargestellt ist und von 1 bis n reicht. Das raumlufttechnische Geräts 1 ist gleichzeitig die Hintergrundschallquelle 41.In the room in which the sound level control of the air conditioning device 1 is to take place, according to the 1 and 2 several sound sources 3, 4, one of the sound sources representing the speech sound source 3, for example a person in the room, and the other sound sources representing individual background sound sources 4 1 , 4 2 to 4 n . The individual background sound sources 4 1 , 4 2 to 4 n are numbered consecutively, with the number being represented as index i and ranging from 1 to n. The air conditioning device 1 is at the same time the background sound source 4 1 .

Jede der Hintergrundschallquellen 41, 42 bis 4n emittiert Hintergrundschall mit dem jeweiligen Hintergrundschallpegel B1, B2 bis Bn. Die Sprachschallquelle 3 emittiert entsprechend Sprachschall mit dem Sprachschallpegel A. Der integrale Hintergrundschallpegel B setzt sich aus der Gesamtsumme der Hintergrundschallpegel B1, B2 bis Bn zusammen. Der Gesamtschallpegel A u B setzt sich wiederum aus dem Sprachschallpegel A und dem integralen Hintergrundschallpegel B zusammen.Each of the background sound sources 4 1 , 4 2 to 4 n emits background sound with the respective background sound level B 1 , B 2 to B n . The speech sound source 3 correspondingly emits speech sound with the speech sound level A. The integral background sound level B is composed of the total sum of the background sound levels B 1 , B 2 to B n . The overall sound level A and B is in turn made up of the speech sound level A and the integral background sound level B.

Dieser Gesamtschallpegel A u B wird mittels des als Mikrofon ausgeführten akustischen Sensors 5 aufgenommen und an die Prozessoreinheit 2 signaltechnisch weitergeleitet. Die Aufzeichnung von Schallpegeleinzelwerten erfolgt mit der Abtrastrate dt.This overall sound level A u B is recorded by means of the acoustic sensor 5 designed as a microphone and forwarded to the processor unit 2 in terms of signals. Single sound level values are recorded with the sampling rate dt.

Dieses Eingangssignal des Gesamtschallpegels A u B wird gemäß der ersten Ausführung der Erfindung nach 1 in der Prozessoreinheit 2 in die Teilmengen des Sprachschallpegels A und des integralen Hintergrundschallpegels B mittels eines Verfahrens zur Sprechpausenerkennung zerlegt. Nach zeitlicher Mittelung werden der Sprachschallpegelmittelwert (A) über die Sprachschallpegel-Mittelungszeit tA und der Hintergrundschallpegelmittelwert (B) über die Hintergrundschallpegel-Mittelungszeit tB berechnet. Die Stellgröße N wird als Funktion des Sprachschallpegelmittelwerts (A) und des Hintergrundschallpegelmittelwerts (B) ermittelt. Unter Verwendung der Stellgröße N wird schließlich das raumlufttechnische Gerät 1 angesteuert, d. h., in Abhängigkeit der Stellgröße N wird die momentane Betriebsleistung des raumlufttechnischen Geräts 1 geändert bzw. angepasst.This input signal of the total sound level A u B according to the first embodiment of the invention 1 in the processor unit 2 into the subsets of the speech sound level A and the integral background sound level B by means of a speech pause detection method. After averaging over time, the average speech sound level (A) is calculated over the speech sound level averaging time t A and the average background sound level (B) is calculated over the background sound level averaging time t B . The manipulated variable N is determined as a function of the average speech sound level (A) and the average background sound level (B). Using the manipulated variable N, the ventilation and air conditioning device 1 is finally controlled, ie, depending on the manipulated variable N, the current operating performance of the ventilation and air conditioning device 1 is changed or adjusted.

Das in 2 veranschaulichte Schallregelungsverfahren und der Schallregler gemäß der zweiten Ausführung der Erfindung, das der ersten Ausführung nach 1 in weiten Teilen entspricht, nutzt - im Unterschied zum ersten Ausführungsbeispiel - keine Sprechpausenerkennung. Der Sprachschallpegel A, der anteilig im Gesamtschallpegel A u B enthalten ist, wird iterativ durch Rückkopplung auf Basis des Prognose-Hintergrundschallpegels B* bestimmt.This in 2 Illustrated sound control method and the sound controller according to the second embodiment of the invention, that of the first embodiment 1 corresponds to a large extent, uses - in contrast to the first embodiment - no speech pause detection. The speech sound level A, which is part of the total sound level A and B, is determined iteratively by feedback based on the prognosis background sound level B*.

Bezugszeichenlistereference list

11
Raumlufttechnisches GerätAir conditioning device
22
Prozessoreinheitprocessor unit
33
Sprachschallquellespeech sound source
44
Hintergrundschallquellebackground sound source
55
Akustischer SensorAcoustic sensor
AA
Sprachschallpegelspeech sound level
BB
integraler Hintergrundschallpegelintegral background noise level
BiBi
Hintergrundschallpegel einer einzelner Hintergrundschallquelle iBackground sound level from a single background sound source i
B*B*
Prognose-HintergrundschallpegelForecast background noise level
〈A〉〈A〉
Sprachschallpegelmittelwertspeech sound level average
〈B〉〈B〉
HintergrundschallpegelmittelwertBackground sound level average
A ∪ BA ∪ B
Gesamtschallpegel aus Sprachschallpegel und HintergrundschallpegelTotal sound level from speech sound level and background sound level
tAta
Sprachschallpegel-MittelungszeitSpeech Sound Level Averaging Time
tBtB
Hintergrundschallpegel-MittelungszeitBackground sound level averaging time
dtGerman
Erfassungszeitintervall (Abtastrate)Acquisition time interval (sampling rate)
NN
Stellgröße zur Leistungssteuerung des raumlufttechnischen GerätsActuating variable for power control of the ventilation and air conditioning device

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNGQUOTES INCLUDED IN DESCRIPTION

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Zitierte PatentliteraturPatent Literature Cited

  • US 20190104360 A1 [0007]US20190104360A1 [0007]

Claims (9)

Verfahren zur Regelung des Schallpegels des von einem raumlufttechnischen Gerät (1) in einen Raum emittierten Schalls, wobei sich in diesem Raum verschiedene Schallquellen (3, 4) befinden, gekennzeichnet durch das wiederholte Durchlaufen einer Sequenz mit den Schritten: a) zeitaufgelöste Aufnahme des Gesamtschallpegels (A u B) im Raum mittels eines akustischen Sensors (5) über einen vorgegebenen Erfassungszeitraum; b) zeitaufgelöste Ermittlung eines im Gesamtschallpegels (A u B) enthaltenen Sprachschallpegels (A) mittels einer Prozessoreinheit (2); c) Berechnung eines zeitlich gemittelten Sprachschallpegelmittelwerts ((A)) mittels der Prozessoreinheit (2); d) Ermittlung einer Stellgröße (N) zur Leistungssteuerung des raumlufttechnischen Geräts (1) auf Basis des Sprachschallpegelmittelwerts ((A)) mittels der Prozessoreinheit (2); und e) Ansteuerung eines Leistungsstellgliedes des raumlufttechnischen Geräts (1) in Abhängigkeit der Stellgröße (N).Method for controlling the sound level of the sound emitted by a ventilation and air conditioning device (1) in a room, with different sound sources (3, 4) being located in this room, characterized by the repeated running through of a sequence with the steps: a) time-resolved recording of the total sound level (A u B) in space by means of an acoustic sensor (5) over a predetermined detection period; b) time-resolved determination of a speech sound level (A) contained in the total sound level (A u B) by means of a processor unit (2); c) calculation of a time-averaged speech sound level mean value ((A)) by means of the processor unit (2); d) determining a manipulated variable (N) for power control of the air conditioning device (1) on the basis of the average speech sound level ((A)) by means of the processor unit (2); and e) activation of a power actuator of the air conditioning device (1) as a function of the manipulated variable (N). Verfahren zur Schallpegelregelung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Stellgröße (N) zur Leistungssteuerung des raumlufttechnischen Geräts (1) als eine Funktion des Sprachschallpegelmittelwerts ((A)) bestimmt wird, wobei der der funktionale Zusammenhang zwischen der Stellgröße (N) und dem Sprachschallpegelmittelwerts ((A)) zumindest in Teilbereichen des Sprachschallpegelspektrums eine Proportionalität und/oder eine umgekehrte Proportionalität ist.Sound level control procedures claim 1 , characterized in that the manipulated variable (N) for the power control of the air conditioning device (1) is determined as a function of the average speech sound level ((A)), the functional relationship between the manipulated variable (N) and the average speech sound level ((A)) there is a proportionality and/or an inverse proportionality at least in partial areas of the speech sound level spectrum. Verfahren zur Schallpegelregelung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die zeitaufgelöste Ermittlung des im Gesamtschallpegel (A u B) enthaltenen Sprachschallpegels (A) mittels eines mit der Prozessoreinheit (2) ausgeführten Sprechpausenerkennungsverfahrens erfolgt.Sound level control procedures claim 1 or 2 , characterized in that the time-resolved determination of the speech sound level (A) contained in the total sound level (A u B) takes place by means of a speech pause detection method executed with the processor unit (2). Verfahren zur Schallpegelregelung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass neben der zeitaufgelösten Ermittlung des im Gesamtschallpegels (A u B) enthaltenen Sprachschallpegels (A) zusätzlich ein im Gesamtschallpegel (A u B) enthaltener integraler Hintergrundschallpegel (B) zeitaufgelöst ermittelt wird, aus dem wiederum ein zeitlich gemittelter Hintergrundschallpegelmittelwert (〈B〉) mittels der Prozessoreinheit (2) berechnet wird, wobei die Stellgröße (N) zur Leistungssteuerung des raumlufttechnischen Geräts (1) auf Basis des Sprachschallpegelmittelwerts (〈A〉) und des Hintergrundschallpegelmittelwerts (〈B〉) ermittelt wird.Sound level control procedures claim 3 , characterized in that in addition to the time-resolved determination of the speech sound level (A) contained in the total sound level (A u B), an integral background sound level (B) contained in the total sound level (A u B) is also determined in a time-resolved manner, from which a time-averaged background sound level mean value (〈 B〉) is calculated by the processor unit (2), the manipulated variable (N) for the power control of the air conditioning device (1) being determined on the basis of the average speech sound level (〈A〉) and the average background sound level (〈B〉). Verfahren zur Schallpegelregelung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, das der Sprachschallpegelmittelwert (〈A〉) für eine Sprachschallpegel-Mittelungszeit (tA) und der Hintergrundschallpegelmittelwert (〈B〉) für eine Hintergrundschallpegel-Mittelungszeit (tB) berechnet werden, wobei sich die Sprachschallpegel-Mittelungszeit (tA) und die Hintergrundschallpegel-Mittelungszeit (tB) voneinander unterscheiden.Sound level control procedures claim 4 , characterized in that the speech sound level mean value (〈A〉) for a speech sound level averaging time (tA) and the background sound level mean value (〈B〉) for a background sound level averaging time (t B ) are calculated, the speech sound level averaging time (tA) and the background sound level averaging time (t B ) differ from each other. Verfahren zur Schallpegelregelung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der im Gesamtschallpegel (A u B) enthaltene Sprachschallpegel (A) der momentanen Sequenz durch Subtraktion eines Prognose-Hintergrundschallpegels (B*) vom Gesamtschallpegel (A ∪ B) ermittelt wird, wobei der Prognose-Hintergrundschallpegel (B*) in der unmittelbar vorangehenden Sequenz auf Basis des Stellgröße (N) bestimmt wird, wobei für die erste Sequenz ein initialer Prognose-Hintergrundschallpegel (B*) vorgegeben wird.Sound level control procedures claim 1 or 2 , characterized in that the speech sound level (A) contained in the total sound level (A u B) of the current sequence is determined by subtracting a forecast background sound level (B*) from the total sound level (A ∪ B), the forecast background sound level (B*) is determined in the immediately preceding sequence on the basis of the manipulated variable (N), an initial prognosis background sound level (B*) being specified for the first sequence. Schallpegelregler für ein raumlufttechnisches Gerät (1), umfassend eine Prozessoreinheit (2) und einen an die Prozessoreinheit (2) angeschlossenen akustischen Sensor (5), dadurch gekennzeichnet, dass die Prozessoreinheit (2) eingerichtet ist, aus einem mit dem akustischen Sensor (5) zeitaufgelöst aufgezeichneten Gesamtschallpegel (A u B) einen darin enthaltenen Sprachschallpegel (A) zu ermitteln, aus diesem einen zeitlich gemittelten Sprachschallpegelmittelwert ((A)) zu berechnen und auf der Basis des Sprachschallpegelmittelwert ((A)) eine Stellgröße (N) zur Leistungsteuerung des raumlufttechnischen Geräts (1) zu ermitteln.Sound level controller for a ventilation and air conditioning device (1), comprising a processor unit (2) and an acoustic sensor (5) connected to the processor unit (2), characterized in that the processor unit (2) is set up to consist of a sensor (5 ) time-resolved recorded total sound level (A u B) to determine a speech sound level (A) contained therein, from this to calculate a time-averaged speech sound level mean value ((A)) and on the basis of the speech sound level mean value ((A)) a manipulated variable (N) for power control of the ventilation and air conditioning device (1). Schallpegelregler für ein raumlufttechnisches Gerät (1), dadurch gekennzeichnet, dass die Prozessoreinheit (2) eingerichtet ist, die Stellgröße (N) zur Leistungssteuerung des raumlufttechnischen Geräts (1) zumindest in Teilbereichen des Sprachschallpegelspektrums proportional und/oder umgekehrt proportional zum Sprachschallpegelmittelwerts ((A)) zu regeln.Sound level controller for a ventilation and air conditioning device (1), characterized in that the processor unit (2) is set up, the manipulated variable (N) for power control of the ventilation and air conditioning device (1) at least in partial areas of the speech sound level spectrum is proportional and/or inversely proportional to the speech sound level mean value ((A )) to regulate. Schallpegelregler für ein raumlufttechnisches Gerät (1) nach Anspruch 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet, dass der akustische Sensor (5) ein Mikrofon oder ein Drucksensor ist.Sound level controller for a ventilation and air conditioning device (1). claim 7 or 8th , characterized in that the acoustic sensor (5) is a microphone or a pressure sensor.
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